认识无线个人网（一）

　　无线个人网提供了一种小范围内无线通信的手段。IEEE802协议系列中定义了一系列无线网络标准，目前已成型的无线个人网标准主要有两个:无线个人网络(WPAN，IEEE802.15.1)，覆盖了蓝牙(BlueTooth)协议栈的物理层/媒体接入控制层(MAC/PHY)层。在这篇教程中，小编就和大家简单的介绍一下无线个人网吧。

　　一、简介无线个人网

　　不知道大家是否知道，无线个人网（即WirelessPersonalAreaNetwork,WPAN）的技术规范是由IEEE802.15工作组负责制定。简单来说，这就是一种范围很小的无线通信系统，覆盖半径仅lOm左右。大家可以将其用来代替PDA、手机、计算机、数码相机等等智能设备的通信电缆。或者说，这是用来构成智能家庭网络以及无线传感器网络等。但是大家还要记住一点，那就是WPAN并不是一种和无线局域网（即WLAN）竞争的技术。WLAN可以用来替代有线局域网，然而WPAN并不需要基础网络连接的支持，仅仅只能提供一些少量小型设备之间的低速率连接。

　　在这里，我们可以将IEEE802.15这一个工作组划分成为4个任务组，这4个任务组分别用来制定一些适合不一样应用环境的技术标准。802.15.1采用了一种蓝牙技术的规范，这是最早实现的面向低速率应用的WPAN标准，具体的开发工作都是由蓝牙专业组（SIG）进行负责的。

　　另外一个方面，802.15.2还对802.llb网络以及蓝牙网络这两者之间的共存提出了一些建议。大家可以发现，其实这两种网络通通都是采用了免许可证的2.4GHz频段，所以它们之间难免会产生通信干扰。假如说它们需要在共享环境里面协同工作，那么就一定需要采用802.15.2所提出的分组通信仲裁（PTA）以及交替无线介质访问（AWMA）这两种方案。

　　802.15.3将目标瞄准了一些低价格、低复杂性、低功耗的消费类电子设备，为这些电子设备提供至少20Mbps的高速无线连接。在2003年8月的时候，所批准的IEEE802.15.3采用64-QAM调制，数据速率高达55Mbps。这一种技术比较适合一些在短时间里面传送很多的多媒体文件。

　　在人手可及的范围里面，可以将多个电子设备组成一个无线AdHoc网络。在802.15里面，就将这一种网络称之为piconet。一般来说，我们将其翻译成为微微网。现在小编就给大家看一下802.15.3给出的piconet网络模型吧，具体的模型如图所示：

　　接下来小编就和大家说一下这一种网络的特点吧，它的特点就是每一个电子设备（DEV）都可以独立地互相通信，其中一个设备就可以当作成为通信控制的协调器PNC(即piconetcoordinator）。主要是用来负责向DEV发放令牌（beacon）以及网络定时这两部分的。但是大家要注意，那就是必须要获取得到令牌的DEV才可以进行发送通信请求。除此之外，PNC还具有调节电源功耗管理QoS需求的功能。在IEEE802.15.3里面还定义了微微网的介质访问控制协议以及物理层技术规范，这比较适合于多媒体文件传输的需求。

　　然而802.15.4的话，就瞄准了一些距离以及速率更加近的无线个人网。所以802.15.4标准就比较适合于一些手持的、固定的或者是移动的电子设备。这些设备都有一个共同的特点，那就是使用电池供1毡，那么电池的寿命就可以长达几年的时间。另外一个方面，通信速率还可以达到低至9.6Kbps，这样子的话就可以实现了低成本的无线通信的功能了。其实802.15.4标准的研发工作主要就是由ZigBee联盟来制作出来的。那么什么叫做ZigBee呢？通俗一点来说，这就是指蜜蜂跳的“之”字形舞蹈，蜜蜂就是使用跳舞来传递信息，然后就告诉同伴蜜源的位置。因此，“ZigBee＂这非常形象地表达了通过网络节点互相传递的意思，把信息从一个节点传输到远地方的另外一个节点的通信方式。

　　无线个人网的相关知识点，小编就介绍完毕了。那么在接下来的教程中，小编会对802.15.4以及IEEE802.15.1这两个标准进行相关的讨论，毕竟这两个标准是现今社会使用的比较多的，那么现在就我们一起来看一看吧。

　　二、蓝牙技术简介

　　首先小编要为大家介绍的是蓝牙技术，蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制，当时是作为RS232数据线的替代方案。蓝牙可连接多个设备，克服了数据同步的难题。

　　在公元10世纪的时候丹麦国王HaraldBlatandGormsson(958～986/987），历史将其称称之为蓝牙王。那是因为他特别的喜欢吃蓝草莓，所以牙齿就从白色变成了蓝色。他是出身于海盗家庭的哈拉尔德，主要的成就是统一了挪威、丹麦以及瑞典这三个国家，从而建立了一个强大的维京王国。

　　在1998年5月的时候，IBM、Intel、爱立信、东芝以及诺基亚这5家公司共同合作一起推出了一种近距离无线数据通信技术。这一种技术的主要目的就是被确定为实现不一样工业领域之间的协调工作。就比说：可以实现无线手机、计算机以及汽车电话之间的数据传输。行业组织的人员就使用了哈拉尔德国王的外号（蓝牙）来命名这一项新的技术，然后取其“统一”的含义。于是就是这样诞生了“蓝牙”（即Bluetooth）这一极具表现力的名字。在后来成立的蓝牙技术专业组（即SIG）主要的工作就是负责通信协议以及技术开发的制定。在2001年的时候，蓝牙1.1的版本就已经被颁布为IEEE802.15.l标准。同一年的时候，所加盟蓝牙SIG的成员公司已经超过2000多家。

　　1、核心系统体系结构

　　根据IEEE802.15.1-2005版本所描述的PHY以及MAC技术规范，现在小编就给大家看一看蓝牙核心系统的体系结构吧，具体的核心系统如图所示：

　　在上图中，大家可以看到最下面的那一层Radio层，其实就等于OSI里面的物理层，其中的RF模块采用2.4GHz的ISM频段从而实现了跳颇通信（FHSS），数据速率以及信号速率均为1Mbps。

　　不知道大家有没有发现在多个设备共享同一个物理信道（由物理层用于具体信号的传输）的时候，每一个设备都一定要由一个公共时钟进行同步的，并且好像要调整到一模一样的跳频棋式。为起提供同步参照点的设备，我们将其称为生设备，那么剩余其他设备我们将其称之为从设备。就是使用这一种方式取得同步的一组设备，因此构成一个微微网的。刚刚小编所介绍的，就是蓝牙技术的基本组网模式了。

　　在微微网里面的设备所采用的具体跳频棋式主要是由设备地址字段指明的算法以及主设备的时钟一起决定的。最基本的跳频棋式就已经包含了由伪随机序列控制的79个频率。所以我们就可以采用排除干扰频率的自适应技术可以改进通信效率，并且实现了和其他一些ISM频段设备共存的目的。

　　物理信道被划分为时槽，数据被封装成分细，每一个分组都会占用一个时糟。假如说情况允许的话，那么一系列连续的时捕就可以分配给单个分组进行使用。在一对收发设备之间可以使用时分多路（TTD〕的方式来实现全双工通信的目的。

　　然后在物理信道上面的就是各种链路和信道层以及其相关的协议。那么现在我们就使用物理倍道作为基础吧。向上依次形成的信道层次分别就是物理信道、物理链路、逻辑传输、逻辑链路以及L2CAP(即LogicalLinkc。由olandAdaptationProtocol）的信道。具体的传输提醒结构实体以及层次，大家可以参考下面的图像如图所示：

　　那么我们在物理信道的基础上面，就可以在一个主设备以及从设备这两者之间生成一条物理链路。大家应该知道一点，那就是一条物理链路可以支持多条的逻辑链路。因为仅仅只有逻辑链路才可以进行单播同步通信、异步等时通信或者广播通信，不一样的逻辑链路可以用于支持不一样的应用需求。在这里大家需要知道一点，那就是逻辑链路的特性由与其相关联的逻辑传输所决定的。那么什么是所谓的逻辑传输呢？事实上它就是逻辑链路传输特性的形式表现，不一样的逻辑传输在流监控制、应答以及重传机制、序列号编码和调度行为等方面都是有一点区别的，主要就是用于支持不一样类型的逻辑链路。同步面向连接的逻辑传输sco主要作用就是传送64Kbps的PCM话音，然而异步主要面向连接的逻辑传输ACL主要作用就是用来传送管理信令。具有其他特性的逻辑传输一般都是用来支持各种单播的和广播的、不分组的以及分组的、不可靠的以及可靠的数据流。

　　一般来说，我们都会将物理层以及基带层的控制协议叫做链路管理协议LMP(即LinkManagerProtocol)，它的作用就是控制设备的运行，并且还可以提供底层设施（BB以及PHY）的管理服务。每一个处于活动状态的设备都具有一个默认的ACL，它的功能就是用来支持LMP信令的传送。那么默认的ACL是当设备加入微微网的时候，就立马会产生的。当我们所需要的时候，就可以动态的生成一条逻辑传输来传送同步数据流。

　　自适应协议L2CAP以及逻辑链路控制这两者都是对服务以及应用的抽象，他们的作用就是对于一些应用数据进行详细的重装配以及分段。另外一个方面，还可以实现逻辑链路的复用。大家要注意一点，那就是提交给L2CAP的应用数据可以在任何一个支持L2CAP的逻辑链路上面进行传输的。

　　那么核心系统又包含些什么东西呢？它仅仅只包括了4个低层功能以及其相关的一些协议。一般情况下，最下面的3层都会被我们组合成为一个子系统的，从而就可以构造成为一个蓝牙控制器了。然而最上面的那层L2CAP和一些更加高层的服务都会运行在主机里面。我们都会将高层以及蓝牙控制器之间的接口称之为主机控制器接口HCI(即HostControllerInterface）。

　　那么设备之间的互操作是通过什么来实现的呢？没错，就是核心系统协议。简单来说，这个核心系统协议主要包括的协议有链路控制协议LCP(LinkControlProtocol）、盯（RadioFrequency）协议、链路管理协议LMP以及L2CAP协议等等协议。

　　然而核心系统是通过服务访问点（即SAP）来为我们提供相关服务的，具体的服务访问点可以参考小编刚刚给出的蓝牙核心系统体系结构里面椭圆所示哟。

　　小编将这全部的服务大致分为以下三类，具体如下：

　　1、传输控制服务：这一种服务的功能是修改、生成以及释放迦信载体（信道以及链路）。

　　2、设备控制服务：这一种服务的功能是改变设备的运行方式。

　　3、数据服务：这一种服务的功能是将数据提交给一些通信载体来进行传输。

　　大家知道控制器（按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置）以及主机是通过什么进行通信的吗？没错，就是HCI。一般情况下，控制器的数据缓冲能力都要比主机的小。因而L2CAP在将协议数据单元提交给控制器使其传送给对等设备的时候，就需要完成一些较为简单的资源管理功能。当然啦，这也包括了对协议数据单元（POU）以及L2CAP服务数据单元（SOU）分段。因为只有这样子，才可以更加方便适合于控制器的缓冲区管理。另外还可以保证所需要的服务质量（QoS）。

　　基带层协议为我们提供了一些最基本的ARQ功能，然而L2CAP还可以为我们提供任选的重传以及差错检测的功能，这对于一些要求低误码率的应用是非常长有必要的补充。除此之外，L2CAP的任选特性还包括了一些基于窗口的流量控制功能，这些都是用于接收设备的缓冲区管理。当然啦，这一些任选特性在某一些应用场景里面对于一些保障QoS是非常必需的。

　　2.核心功能模块

　　好了，接下来小编就为大家介绍一下核心功能模块，具体的功能模块主要有其中，分别如下：

　　(1)L2CAP资源管理器：首先要为大家说的就是L2CAP资源管理器，这是将L2CAP协议数据单元分段，并且按照一定的顺序提交给基带层。但是为了保证一定QoS的L2CAP信道不会被物理信边（因为资源耗尽）所拒绝，所以我们还要进行信道调度的操作。由此可知，这一个功能是非常有必要的。因为体系结构模型并不会保证HCI管道具有无限的带宽，当然啦，也不保证控制器具有无限的缓冲区。L2CAP资源管理榕的第二个功能就是用来实现通信策略控制，这样子就可以避免和邻居的QoS设置发生一些冲突了。

　　(2）链路控制器：这一个功能模块主要负责根据物理信道、逻辑传输、数据负载以及逻辑链路的参数对分组进行译码以及编码的操作。链路控制器还可以执行LCP信令，实现流监控制，以及应答和重传的功能。LCP信令的解释体现了与基带分组相关的逻辑传输特性，这一个功能和资源管理器的调度有一定的关系。

　　(3）信道管理器：这一个功能模块主要负责管理、生成以及释放用于传输应用数据流的L2CAP信道。换句话来说，信道管理器就是使L2CAP协议和远方的对等等设备交互作用，从而生成L2CAP信道，并且还可以把它的端点连接到适当的实体。另外一个方面，信道管理器还会和本地的LM进行交互的作用。在必要的时候，就可以生成一些新的逻辑链路，并且还会配置这些逻辑链路，这样子就可以为我们提供所需要的QoS服务。

　　(4）设备管理器：这一个功能模块主要负责控制设备的一般行为。其实这一些功能和数据传输是没有任何关系的，就比如说：发现临近的设备是不是已经出现了，这样子就可以方便连接到其他的一些设备了，或者是控制本地设备的状态，使其可以与其他的设备建立连接。设备管理器可以向本地的基带资源管理器请求传输介质，以便实现自己的功能。设备管理器也要根据HCI命令控制本地设备的行为，并管理本地设备的名字以及设备中存储的链路密钥。

　　(5）链路管理器（LM）：这一个功能模块主要负责修改、生成以及释放逻辑链路及其相关的逻辑传输，并且还可以进行修改设备之间的物理链路参数。本地LM模块通过与远程设备的LM进行LMP通信来实现自己的功能。当然啦，LMP协议还可以根据请求生成新的逻辑传输以及逻辑链路，并且还可以对链路的传输属性进行相关的配置。就比如说我们可以实现逻辑传输的加密、调整物理链路的发送强度。这样子的就可以方便的大家节约能源、改变逻辑路的QoS配置等等。

　　(6）RF（RadioFrcquency）：这一个功能模块主要用于接收以及发送物理信道上面的数据分组。RF以及BB这两个功能模块之间的控制通路是用来控制频率以及载波定时的选择。RF功能模块将物理信道以及BB上面的数据流转换成为了所需要的格式。

　　(7）基带资源管理器：最后小编要为大家介绍的就是基带资源管理器，这一个功能模块主要负责对物理层的访问。它有两个非常重要的功能，第一个功能就是和这一些实体协商包含QoS承诺的访问合同。调度功能以及访问合同这两者所涉及的因素有非常的多，当然啦，这也包括了实现数据交换的每一种正常的行为。就比如说：轮询疆盖范围内的设备，逻辑传输的特性的设置，建立连接，设备的可发现、可连接状态管理，以及在自动跳频模式下获取得到一些没有经过使用的载波等。那么另外一个功能就是调度功能了，简单来说，就是对所发出访问请求的各方实体分配物理信道的访问时段；

　　在某一些情况下面，逻辑链路调度的得出来结果就可能是改变了目前正在使用的物理链路，就比如说在由多个微微网所构成的散射网（即scattemet）里面，使用呼叫或者是轮询过程来扫描出一些可使用的物理信道的时候也有可能会出现这一种情况。那么当物理信道的时槽发生错位的时候，资源管理器就需要将原来物理信道的时槽和一些新物理信道的时槽进行重新的对准了。

　　3.数据传输结构

　　接着小编要为大家介绍一下蓝牙技术的数据传输结构，大家可以看到核心系统为我们提供了各种各样标准的传输载体，这些传输载体可以用于传送应用数据以及服务协议。

　　下面小编就为大家提供一下通信载体的图片吧，具体的通信载体如图所示：

　　那么小编在这里就为大家解释一下这一副图片吧，圆角方框所代表的意思就是核心载体，然而应用就应该画在图像的左边。为了可以更加方便的实现最有效率的数据传输，所以通信类型要和核心载体的特性要进行匹配。

　　L2CAP服务对于等时的（isochronous）以及异步的（asynchronous）用户数据提供面向帧的传输。然而面向一些连接的L2CAP信道用于传输点对点单播数据，无连接的L2CAP信道主要用于广播数据。

　　L2CAP信道的QoS设置定义了帧传送的限制条件。就比如说：可以说明数据是等时的，那么我们就一定要在其有限的生命期里面完成提交了；或者说指示数据是可靠的话，那么就一定需要没有任何差错地进行提交了。

　　假如说应用不要求按帧进行提交数据，这也许是因为帧结构已经被包含在数据流里面，或者是数据本身就是纯流式的。那么这个时候我们是不应该再继续使用L2CAP信道的，然而是应该直接使用BB逻辑链路来进行传送的。非帧的流式数据大家可以使用sco逻辑进行传输。

　　核心系统支持通过扩展的SCO(eSCO-S）或者是SCO(SCO-S）直接进行传输等时的以及固定速率的应用数据。这一种逻辑链路保留了物理信道的带宽，为我们提供了由微微网时钟锁所定的固定速率。传输的时间间阳、数据的分组大小，这一些参数通通都是在信道建立的时候就已经协商好了的。另外，eSCO链路还可以更加灵活地选择数据速率，而且通过有限的重传提供了更加大的可靠性。

　　那么应用就应该从BB层选择最适当最合适的逻辑链路类型来传输它的数据流。一般情况下，应用通过成帧的L2CAP单播信道向远处的对等实体传输C平面信息。假如说应用数据是可变速率的话，那么我们仅仅只可以将数据组织成为帧通过L2CAP信道进行传送了。

　　熟悉蓝牙技术的朋友都应该知道，RF信道一般来说都是非常不可靠的。那么我们怎样CIA可以克服这一个缺陷呢？其实我们可以看到，系统已经为我们提供了很多种级别的可靠性措施。BB分组头还使用了一些纠错的编码，并且还可以配合头校验和来发现残余的差错。某一些BB分组类型对负载也可以进行纠错的编码，还有的BB分组类型也可以使用循环元余校验码来发现相关的错误。

　　那么在ACL逻辑传输里面实现了ARQ协议（停止等待ARQ协议和连续ARQ协议），就需要通过自动请求重发来纠正错误了。对于一些延迟敏感的分组，不可以进行成功发送的时候就应该马上将其丢弃了。eSCO链路就是通过这些有限次数的重传方案来进行改进可靠性的。另外一个方面，L2CAP还为我们提供了附加的差错控制功能。这些功能主要就是用来检测偶然出现的差错，小编认为这对于某一些应用是非常有用的哟。

　　小编结语：

　　今天的考试认证教程，小编就已经介绍完毕了，主要是向大家介绍一下在无线个人网，希望这对大家有所帮助。编程学习网会一直更新关于考试认证的文章，请继续关注我们的网站：编程学习网教育。谢谢！